桥涵水文课程设计(4)

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1、桥涵一、形态断面水位流量计算1由于桥梁位于稳定均匀流河段，利用水利学中的谢才一满宁公式计算过水断面的流速。1 2 1v = R 312 (1)i n式中v:过水断面的平均流速(m/s)丄：糙率系数,其中形态断面处左滩、主槽、右滩的糙率系数分别为25、50、25nI:水力坡度，即水流纵向坡度R:水利半径，R = w/ x,其中x为湿周。2计算各个部分面积的流量Q，部分流量等于部分面积o与部分平均流速v的乘积iiiQ = v(2)i i i3.计算全断面的流量QQ)Q=工Qii=14.则全断面的过水面积o和断面平均流速v应为o =工oii=1在cad2004里面做出其断面图如下:图(1T)形态断面

2、示意图用cad2004的查询工具得出不同水位的过水面积以及周湿，将其带入(1)(5)得出个水位相应 的流量、流速如下表：表1-1形态断面水位关系表水位h(m)周湿x (m)过水面积3(m2)流速u(m / s)流量 Q(m3/s)28115.01714.8880.90513.4736429122.3133.3693.746499.600330129.581258.8525.6081451.64231136.862391.3377.1222787.10232167.434537.7837.6954138.2433191.025717.758.9086393.71734197.2535911.39

3、410.1639262.49735200.4491107.84511.34312566.2936203.64521306.78712.45716278.6537206.8411508.21813.51220379.0438210.0371712.1414.51524851.7139231.1681920.53215.43629645.3340313.622188.86115.9434890.4440. 539.53B. 537.536.535. 534.533.532.531.530.529.528.527.5-V/Xr広o/曲=j.-/ ,/V/A/J V(2M.!5.4 |9.6 .12.

4、 B . Ifi .-1111 tiffCrra3)软I 宓I 任SS 噩叫亦代14C3：2-.ZC22SZ22 32ZCZ7000二、设计流量计算图1-2：形态断面水位关系曲线跟据上表中的数据可以画出形态断面水位关系曲线根据给定的年流量图在EXCEL里做出其分布图如下:年流量分布圏年份系列1图2-1流量示意图2.1特大洪水考证期N = T - T +1 = 1977 -1930 +1 = 48 2.2经验频率估算对于a项特大洪水QtM=(M = 1,2., a)(1)MPM N +1对于其余(n-l)项观测洪水P为：mla 宀 a 、m -1p 二+ (1-)1(2)m1 N +1 N +1

5、 n -1 +1从已给出的年流量表中可以得知：N=48， a=4, 1=2， n=18 这里假设流量超过10000m3/s为特大洪水。结合(1) (2)两式可得年最大洪峰流量表如下：表2-1该桥的年最大洪峰流量顺序号(m)按年份顺序排列按大小排列经验频率(%)年份流量(m 3/s)流量(m 3/s)1193018000180002.042193117800178004.083196015000150006.1241961908119008.16519629807980713.56619632316869018.96719646754675424.37819653421675029.779196

6、65678570035.1710196711900567840.571119685700564345.981219693216430051.381319701811342156.781419716750342162.181519722231321667.591619735643231672.991719744300231178.391819752311223183.791919763421181189.20201977869090894.602.3统计参数估算计算系列Q的总流量i艺Q =1LQt +艺q j n - / ji=1j=1j=1平均流量的计算N a n- / Qt +qj=1j n

7、 I j /=i计算系列Q的变异系数i根据式(6)(8),将N=48, a=4, 1=2, n=18代入，计算可得:计算系列Q.的总流量：E Q = 263352.6m3/si平均流量：Q = 2633526 = 5486.513 m3 s 48变异系数：C = 0.732.4设计流量V利用适线法寻找一条与经验点配合得较好的理论频率曲线，确定设计流量。1计算一组理论频率曲线，计算过程列于下表表2-2理论流量计算表p(%)151020507595曲线号Q = 548703.331.941.330.69-0.24-0.73-1.13C = 0.8vKp3.6642.562.0641.5520.80

8、80.4160.0961C = 1.5Q20104.14002.11325.8515.84433.42282.5526.5sp37821724969272Q = 548703.331.941.330.69-0.24-0.73-1.13C = 0.9vKp3.832.722.211.660.820.34-0.122C = 1.5Q21931.15067.12054.8894.44301.81882.0-93.2sp5439427084179.，P.1 13.选择一条最合适的曲线最终以Q二5487m3/s , C二0.9, C二1.5与经验点群吻合得较好，最终确定其为选定的vs理论频率曲线，该桥百

9、年一遇的流量为21500m3 /s。三、水位标高检算1. 确定形态断面上设计流量时的水位标高Hxp由于形态断面水位关系曲线，得设计流量通过时的水位标高Hx = 37.20m2. 确定设计流量通过时桥址断面的水位标高HPp因为河道接近均匀稳定流河道H = Hx I x 1 = 37.200.005x120 = 36.60mpp、f6.60/主槽為61左河滩 匕”河滩3. 计算桥下河床断面（水位36.60m）桥下左滩：过水面积：w = 8.138 +124.9381 = 133.0761m2湿周：x = 37.8123 m水力半径：R = wx =133.076137.8123 = 3.7839m

10、、亠、亠1212丄流速：v = R312 = 25X3.78393 x0.0052 = 4.2926m/ s n流量：Q 二 wv 二 123.0761x 4.2926 二 641.1685m3 / s 桥下主槽：过水面积：w = 1281.5696m2湿周：x 二 152.3388 m水力半径：R = wx =1281.5696152.3388 = 8.4126m、亠、亠 12 1 2 1流速：v = R312 = 40x 8.41263 x 0.0052 = 11.7000m / s n流量：Q = wv = 1281.5696x 11.7000 = 14994.36m3 / s桥下右滩：

11、过水面积：w = 15.4029m2湿周：x = 7.9347 m水力半径：R = wx = 15.40297.9347 = 1.9412m、亠、亠 12 1 2 1流速：v = R312 = 25 x 1.94123 x 0.0052 = 2.7505m/ s n流量：Q = wv = 15.4029x 2.7505 = 42.3653m3 / s4计算桥前壅水高度AZ扣除墩台阻水面积后的桥下净面积：o = (134.9381+1281.5696) - (2.15 x 8.99 x 3 + 2.14 x 8.89+1.8 x 3.79) = 1332.4160m j桥下流速：Q 215001

12、6 1361 /v = p = 16.1361m / sm o1332.416j建桥前从桥孔部分通过的流量为Q = 134.9381x 4.2926+14994.36 = 15473.712m3 / s0 m15473712 = 10.2385m / s1416.507查图 6-2, K = 0.11，svR = m-v0 m得桥前最大壅水=16.1361 = 1.576010.2385AZ =-L(u2 -u2 ) = 0.1x0.11 (16.13612 -10.23852)= 2.2545mmR 一 1 m 0 m 1.5760 一 1取桥前壅水高度AZ = 0.5 xA Z = 1.1

13、272m5检算标高最咼水位H二H + AZ + AspL二 36.6 +1.1272 + 0.27 二 37.998 m按设计水位计算的桥下净空安全值37.31 -37.998二-0.688m 0.5m 故，标高检算不合格。四检算基础埋置深度1使用64-1修正式计算一般冲刷（1）计算桥下河槽部分通过的设计流量Q2 :Q14994 36Q = Qc Q =x 21500 = 20690.583m3 / s2 Q + Q p 544.2154 +14994.36 + 42.3653ctl（2）计算单宽流量集中系数A :d按平滩水位计算河宽：B二289.36-137.49二151.87mz按平滩水位

14、计算平均水深：zAdz549.9312151.87二 3.6211m豆下二 1.20173.6211（3）计算河槽桥孔部分的过水净宽：B二151.87-2.15x3-2.14二143.28mcj（4）桥下河槽断面上的最大水深：h二36.60-27.61二8.99mcm(5)桥下河槽断面上的平均水深：仃耳需6二8385m（6）与汛期含沙量有关的系数：E二0.66（7）计算桥墩水流侧向压缩系数r :取河槽流速为设计速度v二16.1361m/s，单孔跨径pl = 32.7m，查表 6-12，0.955。0（8）计算桥下一般冲刷后的最大水深h :5/3pA A_d r BciEd1/6假定一般冲刷线位

15、于圆砾石层，d = 10mm，则8.99 30.955 x143.2818.4385 丿1.2017 x 2069.5830.66 x 101/6=2478m一般冲刷线标高=36.60 - 24.1794 = 12.4206m 25.2m，假定错误。 假定一般冲刷线位于圆砾石层，d = 50mm，则12069.583( 8.99 )5/31.2017 x0.955 X143.28 ( 8.4385 丿0.66 x 501/6=21.268m一般冲刷线标高=36.60 - 21.268 = 15.332m 15m，假定正确。(9)计算桥下河槽的一般冲刷发生后v = Ed1/6h2/3 = 0.6

16、6 x 1501/6 x 17.8662/3 = 10.3971m / sp2计算局部冲刷(1)计算河床泥沙启动流速v 0：假定最低冲刷线位于标高位于5m到22.7m之间，取d = 150mm。(h、v = 0.02460=0.0246(2)(3)(4)0.14 ：332d + 忖d0.72d丿“21.6 0气；332 x150 +1161500.72=4.0646 m / s 墩型系数：K = 1.15x0.99 = 1.1385g桥墩计算宽度B1:厂b h + b h + b h + b hB = -1= 2.148 m河床颗粒的影响系数:=0.8=0.81 1 )+I d0-45d0-1

17、5 丿(1 1+(1500.451500.15 丿=0.4612(5)墩前泥沙起冲流速:v = 0.462 00.06v0二 0.462 XIB1丿r 旦Tx4.0246 = 2.2646m/s12.148 丿(6) 指数n 1：(7) 桥墩局部冲刷r v A 0.25 d0.190I v丿r 4.0246 、0.25x1500910.3971 丿二 0.5622( 、v - vIv v丿 0 0 y=3.0418h = K K B 0.6 (v - v)bg 耳1100最低冲刷线标高=36.60 -18.374 - 3.0418 = 14.8248m 15m，说明假设正确。3检査3号桥墩基础

18、埋置深度冲刷总深度=18.734 + 3.0418 = 21.7758 m最低冲刷线标高=36.60 - 21.7758 = 14.8242 m基础底面在墩台对于铁路桥梁要取局部冲刷线下不小于4 m基础底面必须埋置深度标高=14.8242 - 4 = 10.8242m基础底面实际埋置深度标咼=19.92 m基础埋置深度是不满足规范要求的。五、按计算结构修改设计经计算，水位和基础都不满足要求，故需要加大梁下净空和增大基础埋置深度。1梁下水位超高由于37.31 -37.998 = -0.688m 0.5m , 0.688m 0.85m，所以可以把普通高度混凝土梁换为低高度梁，可以节约0.85m的净空。此时，桥面高度满足要求，梁底标高为38.16m。2基础埋深对于总冲刷线超过20m的铁路桥梁，墩台基底到局部冲刷线的深度为4.0m，所以对3号桥墩有，墩台基底设计标咼=14.8242 4 = 10.8242m，取标咼为10.5m。3按水文计算修改的设计图如下：38.16图5.1修改后梁底和墩台的设计标高